U71Mn鋼高溫氧化與脫碳的研究.pdf

1、目前,我國(guó)的鋼軌研發(fā)和生產(chǎn)能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足鐵路交通運(yùn)輸行業(yè)迅猛發(fā)展的需求,在鋼軌質(zhì)量、種類、規(guī)格、產(chǎn)量、技術(shù)等方面都與國(guó)外有著很大差距。U71Mn鋼是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的重軌鋼之一,因此,對(duì)其成材率、表面質(zhì)量、內(nèi)部質(zhì)量、力學(xué)性能和外觀尺寸提出了更高要求。
　　鋼在熱處理過(guò)程中,在鋼坯表面發(fā)生氧化和脫碳是不可避免的。研究表明,鋼坯表面生成氧化膜和脫碳層,會(huì)降低鋼的成材率,并使鋼的強(qiáng)度、硬度、疲勞性能等機(jī)械性能受到很大影響,這造成了極

2、大的能源損耗和資源浪費(fèi)。因此,如何在實(shí)際生產(chǎn)中減少鋼的氧化和脫碳,成為專家學(xué)者研究和關(guān)注的焦點(diǎn)。U71Mn重軌鋼在加熱過(guò)程中會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧化與脫碳現(xiàn)象,本文通過(guò)分析不同氣氛、不同溫度、不同時(shí)間條件對(duì)U71Mn鋼的氧化與脫碳作用,研究U71Mn鋼在高溫加熱過(guò)程中的氧化與脫碳機(jī)理。
　　本文主要采用實(shí)驗(yàn)的方法,系統(tǒng)研究了U71Mn鋼在空氣氣氛和氧氣氣氛下的恒溫氧化與脫碳行為。對(duì)U71Mn鋼分別進(jìn)行空氣氣氛下與氧氣氣氛下950℃、105

3、0℃、1150℃和1250℃溫度條件下的恒溫氧化,采用連續(xù)稱重法獲取相應(yīng)的氧化動(dòng)力學(xué)曲線,并計(jì)算出在該條件下U71Mn鋼的氧化速率常數(shù)值,以及氧化激活能,分析加熱溫度、保溫時(shí)間、爐內(nèi)氣氛等各個(gè)因素對(duì)U71Mn鋼高溫氧化的影響,從而把握U71Mn鋼的高溫氧化動(dòng)力學(xué)規(guī)律。用線切割將加熱后的試樣切成合適尺寸并制成金相試樣,經(jīng)3％體積分?jǐn)?shù)的硝酸酒精腐蝕后,放在金相顯微鏡下觀察,用金相法測(cè)量脫碳層深度,獲得脫碳層深度隨加熱溫度與保溫時(shí)間的變化曲線

4、,計(jì)算脫碳過(guò)程中碳原子的擴(kuò)散速率,以及擴(kuò)散激活能,分析加熱溫度、保溫時(shí)間、爐內(nèi)氣氛以及鋼的氧化等各個(gè)因素對(duì)U71Mn鋼高溫脫碳的影響。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,U71Mn重軌鋼在空氣中950-1250℃的高溫條件下,隨著加熱溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng),氧化量與脫碳層逐漸增加,氧化動(dòng)力學(xué)遵循拋物線規(guī)律,氧化速率Kp值隨溫度升高而增大,氧化激活能為211.25kJ/mol,碳的擴(kuò)散激活能為133.08kJ/mol。在氧氣中950-1250℃

5、的高溫條件下,U71Mn鋼隨著加熱溫度的升高和保溫時(shí)間的延長(zhǎng),氧化量也逐漸增加,氧化動(dòng)力學(xué)遵循直線規(guī)律,氧化激活能為106.93kJ/mol;脫碳層深度在1150℃時(shí)出現(xiàn)峰值,在950-1150℃下,脫碳層深度隨溫度升高以及時(shí)間延長(zhǎng)而逐漸增大,碳的擴(kuò)散激活能為87.41kJ/mol。在1150-1250℃過(guò)程中,氧化急劇惡化,原有氧化皮出現(xiàn)嚴(yán)重破損,原有脫碳層被氧化掉,生成新的致密的氧化膜。在相同的溫度和時(shí)間條件下,氧氣對(duì)U71Mn鋼的